1420铝锂合金典型构件超塑成形研究

采用超塑成形工艺制备了1420铝锂合金盒形结构试验件.通过有限元模拟及微观组织观察,分析了温度对1420铝锂合金超塑性的影响,超塑成形后试验件的壁厚分布及材料的超塑成形断裂机制.结果表明:有限元模拟能够很好地预测超塑成形后试验件的壁厚分布;当成形温度为520℃时,1420铝锂合金表现出良好的超塑性变形能力;在超塑成形过程中,随着变形量的增加,材料内部空洞的交连和聚合是导致1420铝锂合金最终破坏的主要机制.     

变摩擦对TC4合金超塑成形零件壁厚的影响

为研究摩擦在超塑成形中对零件壁厚分布的影响,以TC4钛合金负角度法兰盘零件为背景,采用MSC.MARC有限元数值模拟分析了单面正向成形下模变摩擦和正反向成形上模变摩擦对零件壁厚的影响.通过方差分析和极差分析研究了正反向成形上模不同区域摩擦的变化对最小壁厚和壁厚均匀性的影响。结果表明:单面正向成形中,摩擦越小,负角度壁壁厚减薄越大,而正角度壁壁厚确呈相反的趋势;正反向成形中,当下模摩擦固定时,随着上模摩擦系数的增大,实际零件的最小壁厚相应增大;正反向成形上模不同区域摩擦的变化,对零件的最小壁厚和壁厚分布产生不同的影响;反向成形过程中板料先接触模具的部位对零件的壁厚影响较大。     

单面正向和正反向超塑成形对TC4钛合金负角度零件性能的影响

利用MARC软件完成负角度零件模具设计,修改了获得的压力-时间曲线,并用加载曲线完成超塑成形实验。研究了单面正向、正反向超塑成形后TC4钛合金零件力学性能情况及负角度壁的壁厚分布,并对结果进行了分析。结果表明:圆弧连接面比垂直连接面有更好的壁厚分布;根据修改的加载曲线能够成形负角度零件;在壁厚最小的负角度壁,单面正向成形和正反向成形后零件的最大减薄率分别为67%和64%,壁厚分布标准差分别为0.186mm和0.125mm,说明正反向成形在提高零件最小壁厚的同时使壁厚分布更均匀;由高温稳态退火及应变诱发的晶粒长大致使零件的力学性能下降;正反向成形零件比单面正向成形零件氢氧含量高,塑性下降较多。     

美国航宇工业超塑成形近况

过去由于型面复杂、无法设计成整体而必须用紧固体连接的一些组合件,在应用超塑成形工艺之后便可重新设计成一个单片构件而减少了重量和成本。超塑性成形的零件没的残余应力,因此没有回弹;与传统的落锤成形比较,超塑成形不需要精确吻合的阴模与阳模而只需一个摸具,这样不仅减少了模具制造成本,也缩短了调整模具所需要的时间。由于模具较简单,对于生产量在50～10000件的零件应用超塑成形在成本上特别有竞争力。在超塑形(SPF,SUPER PLASTIC FORMING)中气体压力较低,只需2MPa左右,与大多数标准的金属成形与锻造工艺不同,SPF不因零件尺寸增大而需要增加成形压力,因此,尺寸较大的板金零件特别适合于应用SPF以发挥其优点,目前     

变摩擦控制厚度分布的TC4深筒形件正反向超塑成形

以正反向超塑成形厚度均匀的TC4钛合金深筒形件为背景,采用MARC有限元模拟分析了正反向超塑成形时预成形模和终成形模的表面摩擦系数对成形件壁厚分布的影响.结果表明:合理地增大预成形模的表面摩擦力能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高零件最终壁厚分布均匀性有利.同时,合理减小终成形模的摩擦力,可以使板料褴体变形均匀化,壁厚分布趋于均匀.根据模拟结果,采用机械加工方法增加预成形模表面粗糙度以增大摩擦力,在终成形模表面喷涂润滑剂以降低摩擦力,通过正反向超塑成形实验制得厚度分布在1.50～1.78mm范围内的航天用TC4钛合金深简形件,比普通正反向超塑成形件厚度分布(1.18～2.24mm)有了很大改善.     

座标网格技术在超塑成型试验中的应用

超塑成形中以鈑材气压吹塑成形研究最多,现已开始生产应用。鈑材吹塑成形主要特点之一是利用材料变薄来延展面积,填充模具型腔成形的。研究各种超塑成形件的变薄规律,对合理设计超塑成形件、控制超塑成形参数及超塑成形模具结构的设计有着指导性的意义。     

异型截面铝合金管件内高压成形

对空心异型截面弯曲轴线铝合金零件内高压成形进行了工艺实验与数值模拟.采用压弯与内高压成形的工艺步骤成形零件,测量了成形零件典型截面的尺寸与壁厚分布,通过数值模拟分析了变形过程中的等效应力与壁厚分布.经检测成形零件外形尺寸与壁厚均符合设计要求,但典型截面壁厚分布不均匀.     

TA15钛合金超薄中空四层结构超塑成形/扩散连接一体化成形及精度控制

本文采用TA15钛合金热轧薄板作为原材料,探究超薄中空四层结构的超塑成形/扩散连接工艺。首先通过高温拉伸试验对TA15钛合金的超塑变形行为进行研究,获得了超塑成形过程的应力–应变曲线。然后通过有限元软件对薄壁横向局部贯通四层纵筋结构的超塑成形过程进行模拟,对成形过程中壁厚减薄、应力分布等行为进行研究,为后续超塑成形/扩散连接试验提供有效指导。最终成功制备了芯板直立筋良好、三角区宽度仅0.9 mm的超薄中空四层结构,其中面板最大减薄率为18.6%,芯板最大减薄率为55.1%,芯板与面板之间扩散连接区域的焊合率为92.1%～98.5%。TA15钛合金板材的原始显微组织晶粒细小破碎且呈等轴状,平均晶粒尺寸小于5μm,经长时间的超塑变形与热暴露后晶粒显著长大。     

超塑成形/扩散连接结构设计及试验研究

概述了超塑成形/扩散连接(SPF/DB)结构的结构设计流程,并以口盖为例,对具体设计过程进行了阐述。同时针对口盖结构设计的合理性,设计了验证改进试验静力测试试验及壁厚估算试验,来作为口盖结构改进优化的依据。根据上述思路,建立了超塑成形/扩散连接结构的完整设计过程,为超塑成形/扩散连接的结构设计提供了借鉴。     

大规格TA7ELI冷氦气瓶半球等温冲压工艺北大核心CSCD

对未来运载火箭用大直径TA7ELI钛合金冷氦气瓶半球的等温冲压工艺进行了研究。采用有限元分析软件对半球等温冲压过程进行了数值模拟并开展了成形试验验证,同时结合成形前后材料显微组织、力学性能的变化,进一步分析了工艺过程对材料性能的影响规律。研究结果表明,等温冲压过程中材料的应力应变由芯部逐渐扩展到边缘,成形进程达到中后期时载荷最大,成形后半球壁厚最薄位置在球底中心边缘处。等温冲压后TA7ELI材料的组织形态和尺寸变化较小,且半球各处室温和20 K下的强度与成形前相比基本一致,成形后材料的室温延伸率均有所提高,20 K下球底处材料的延伸率有所降低但仍满足要求。     

热压罐成型过程中框架式模具温度场模拟与分析

为了研究复合材料构件成型模具温度场,本文以某型飞机壁板的热压罐固化工艺为例,通过模型简化,利用FLUENT等仿真软件建立模具温度场的数值模拟模型,并将模拟数据与实验数据进行对比。结果表明二者平均相对误差为7. 4%。此外通过仿真模拟一组以支撑板厚度为变量的实例,两组以U、V两个方向的支撑板厚度为变量的对照组,通过判断模具型板表面温度方差大小,研究了支撑板厚度对模具温度场分布的影响规律。结果表明,模具温度场的均匀性随着支撑板厚度的增加而逐渐降低,其中U向支撑板厚度的变化对温度场均匀性的影响比V向大。     

冲压发动机超薄壁波纹形件的粘性介质压力成形

粘性介质压力成形是一种采用具有高粘度并且可流动的半固态介质作为软凸模的成形方法。采用试验和数值模拟方法，研究了高温合金超薄壁波纹形件成形过程坯料形状、应变分布、厚度分布的变化和界面摩擦对板料成形的影响，研究结果表明：成形件尺寸精度高、表面质量好、厚度均匀；与钢凸模成形相比较，可以避免局部较小半径曲面之间的严重颈缩；对于具有局部较小半径曲面的复杂形状薄壁件，粘性介质压力成形显示出其优越性。     

气囊硬度对固化后帽型长桁厚度的影响

为满足宽体客机机身轻质高强的要求,机身复合材料蒙皮需要长桁的支撑以提高复合材料壁板的刚度。为获得厚度均匀性良好的帽型长桁加筋壁板,对帽型长桁加筋壁板成型工艺中真空袋囊芯模的方法进行了改进,提出了一种硅橡胶囊芯模与真空袋囊芯模相结合的方法,获得了厚度均匀性良好的帽型长桁壁板,满足机身复合材料帽型长桁-蒙皮共固化成型时尺寸精度的要求。利用有限元仿真方法,研究了硅橡胶囊芯模截面尺寸、硅橡胶材料属性对长桁厚度均匀性的影响,结果发现所用硅橡胶囊芯模硬度越大,长桁尺寸均匀性越差。不同条件下所得长桁厚度对理论分析的准确性进行了验证。考虑硅橡胶硬度对长桁尺寸均匀性及工艺操作性的影响,最终选定所用硅橡胶气囊硬度为50HA,所得蒙皮-长桁实际测量的平均厚度与理论厚度偏差小于6%,细观分析发现蒙皮-长桁连接处纤维走向没有发生变形。     

Effect of blank quenching on shear spinning forming precision of 2219 aluminum alloy complex thin-walled components

The quenching-spinning (Q-S) process, i.e., shear spinning after blank quenching, has been increasingly utilized to form 2219 aluminum alloy complex thin-walled components. However, the changes in material property, shape and stress of the blanks after quenching will affect the spinning forming precision. In this study, the rules and mechanisms of these effects are investigated based on a combined finite element (FE) model including blank quenching and component spinning process. The results indicate that the increase of material strength and the existence of distortion of the quenched blank lead to a notable increase in the non-uniformity of the circumferential compressive stress in the spinning area and the increase of the flange swing height during spinning. These changes result in an increase in the wall thickness and component-mandrel gap of the components. The quenching residual stress has little effect on wall thickness and roundness but can noticeably reduce the component-mandrel gap. This is because that the existence of quenching residual stress of the blank can lead to the decrease of the maximum circumferential compressive stress of the workpiece in spinning and an obvious drop in the maximum compressive stress after reaching the stress peak. Quenching distortion is the main factor affecting the roundness. Moreover, the optimized installation way of the blank for spinning is obtained.     

Experimental and numerical investigation on surface quality for two-point incremental sheet forming with interpolator

The unsatisfied surface quality seriously impedes the wide application of incremental sheet forming(ISF) in industrial field. As a novel approach, the interpolator method is a promising strategy to enhance the surface quality in ISF. However, the mechanism for the improvement of surface quality and the influence of interpolator properties on surface roughness are not well understood. In this paper, the influences of process variables(i.e. tool diameter, step size and thickness of interpolators) ...     

凝固过程液相区内晶体形成的模拟研究

通过NH_4C1水溶液二维凝固过程的模拟实验,研究了凝固过程中液相区内的晶体形成条件。结果表明,随凝固条件和时间的不同,型壁上晶体的游离、表面凝固产生“晶雨”及枝晶熔断均可在液相区形成晶体。     

双路径自然增压铝合金2A12O充液拉深

 基于铝合金等难成形板材的需要,提出了双路径自然增压充液拉深新技术。用有限元法对铝合金2A12O双路径自然增压充液拉深进行研究,探讨径向压力和液池压力单独变化时对壁厚分布的影响;得到合理的液池压力和径向压力加载路径以及合适匹配比;分析了该方法中液池压力和径向压力成比例变化时,壁厚分布的变化趋势。结果表明：采用15.0~20.0 MPa的液池压力,并将液池压力经增压活塞1.45倍增压后引到毛坯法兰边缘,可获得壁厚分布比较均匀、成形质量较高的零件,并能显著提高板料的极限拉深比;液池和径向压力的比例变化影响成形零件的壁厚分布,并且在不同的成形阶段其影响趋势不同。对模拟分析得到的压力加载路径和增压比进行实验,得到拉深比达2.65的铝合金2A12O杯形件,并建立其成形合理的压力区域。     

超高温NiAl合金锥形薄壳件制备成形一体化新工艺

针对NiAl合金板坯制备及板坯成形锥形薄壳件存在的材料流动及组织性能控制困难的问题,提出了一种制备成形一体化新工艺。该工艺是将塑性成形和反应合成在同一工步中,即先将Ni/Al叠层箔置于模具中进行塑性成形,随后对成形的Ni/Al叠层箔原位加热加压反应合成NiAl合金薄壳件。采用三维扫描仪及Geomagic Studio/Qualify对锥形薄壳件的形状精度进行了分析,采用扫描电子显微镜( Scanning Electron Microscope, SEM )和电子背散射衍射( Electron Backscatter Diffraction, EBSD )技术对其微观组织进行了表征,并对构件的高温力学性能进行了测试。结果表明,采用该新工艺制备的锥形薄壳件成形效果良好,整体型面偏差尺寸在±0.1 mm以内;构件沿轴截面壁厚平均偏差为0.012 mm,沿横截面壁厚平均偏差为0.072 mm,构件轴截面壁厚分布均匀性及组织成分均匀性高于横截面。构件高温力学性能稳定,1000 °C时平均屈服强度为77.8 MPa,平均抗拉强度为82.6 MPa。NiAl合金构件的微观晶粒形貌与Ni箔的初始热处理状态及Ni/Al箔的初始厚度有关,未退火的Ni箔将延缓粗晶区晶粒的长大,减小初始箔材厚度可实现晶粒的进一步细化。     

模具形式对V型结构复合材料固化变形的影响

复合材料在热压罐成型过程中由于发生不可避免的物理化学变化,将会发生固化回弹变形导致尺寸偏差。V型结构普遍用于飞机外表面,研究模具形式对V型结构复合材料固化变形的影响,可有效保证复合材料成型精度,减少装配难度。本文通过建立有限元分析模型以及设计典型结构试验件相结合的方式,分析模具形式对V型结构复合材料固化变形的影响。结果表明:变形预测与试验结果误差在5%内,V型复合材料阳模成型比阴模成型的变形要大10%～15%,其变形回弹量趋势与拐角角度、制件厚度成反比,阳模成型时其回弹与拐角半径成正比。     

超塑性圆板自由胀形过程的反向模拟方法

提出一种超塑性圆板自由胀形过程的反向模拟方法,由此可以按胀形件要求的壁厚均匀性确定原始坯料的厚度分布。讨论了胀形过程的各种因素对原始坯料厚度分布的影响;提供了保证获得均匀壁厚胀形件的原始坯料厚度的估算公式,可供设计采用。